新疆农业科学 ›› 2023, Vol. 60 ›› Issue (11): 2833-2841.DOI: 10.6048/j.issn.1001-4330.2023.11.027
齐亚聪1(), 陈毅飞2,3, 杨会民2,3, 王学农1,2,3()
收稿日期:
2023-02-19
出版日期:
2023-11-20
发布日期:
2023-12-07
通信作者:
王学农(1964-),男,陕西汉中人,研究员,硕士生导师,研究方向为农业机械化技术装备,(E-mail)xjwxn2010@sina.com
作者简介:
齐亚聪(1996-),男,河南兰考人,硕士研究生,研究方向为农业智能化装备, (E-mail)1477605991@qq.com
基金资助:
QI Yacong1(), CHEN Yifei2,3, YANG Huimin2,3, WANG Xuenong1,2,3()
Received:
2023-02-19
Online:
2023-11-20
Published:
2023-12-07
Correspondence author:
WANG Xuenong (1964-), male, Shannxi Province, researcher, master tutor, research direction: agricultural mechanization technology and equipment, (E-mail)xjwxn2010@sina.com
Supported by:
摘要:
【目的】 使用R-Fans-32三维激光雷达(LiDAR)研究植株三维激光点云与植株叶面积之间的关系,为变量喷雾系统提供数据支撑。【方法】 假设植株激光点云数量与叶面积之间存在线性关系。搭建基于三维激光点云的靶标探测的试验系统,先测量靶标植株的高度来探究该探测系统的精度,激光雷达以10Hz的扫描频率和1m的探测距离实现对10株番茄的三维点云数据的获取,激光雷达上位机软件Ctrlview实现对三维激光点云数据的储存。利用Cloud Compare软件对储存的点云数据进行处理,利用LiDAR360软件对植株进行高度测量和点云数量的获取。对采集的植株点云进行数量统计,利用CL-202植物叶面积测量仪对采摘的靶标植株叶片测量叶面积,验证植株点云与叶面积之间的关系。【结果】 激光雷达探测所得到的番茄植株的高度与手工测量值的最大相对误差为7.92%。利用线性函数拟合植株点云数量与叶面积,拟合度为0.7805,最大相对误差为5.64%。【结论】 设计了一种用于探究基于激光点云的变量喷雾系统可行性的试验系统,依据三维激光点云计算植株的叶面积精度良好,R-Fans-32三维激光雷达可作为变量喷雾系统的探测部件。
中图分类号:
齐亚聪, 陈毅飞, 杨会民, 王学农. 基于三维激光点云的靶标探测系统研究与试验[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(11): 2833-2841.
QI Yacong, CHEN Yifei, YANG Huimin, WANG Xuenong. Research and test of target detection system based on 3D laser point cloud[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2023, 60(11): 2833-2841.
参数 Parameter | 数值 Figure |
---|---|
激光帧频Laser frame frequency(Hz) | 5、10、20 |
最大探测距离Maximum range(m) | 200 |
距离分辨率Range resolution(mm) | 4 |
测距精度Range accuracy(cm) | <3 |
表1 R-Fans-32 激光雷达参数
Tab.1 R-Fans-32 LiDAR Parameter Tab.
参数 Parameter | 数值 Figure |
---|---|
激光帧频Laser frame frequency(Hz) | 5、10、20 |
最大探测距离Maximum range(m) | 200 |
距离分辨率Range resolution(mm) | 4 |
测距精度Range accuracy(cm) | <3 |
图2 变量喷雾系统整体结构示意 注:1.行走装置;2.喷雾装置;3.探测装置;4.控制装置
Fig.2 Schematic diagram of the overall structure of the variable spray system Note:1.Walking device; 2.Spray device; 3.Detection device; 4.Control device
编号 NO. | 手工测量值 Manual measure ments (m) | 系统测量值 System measure ments (m) | 差值 Error value (m) | 相对误差 Fractional error (%) |
---|---|---|---|---|
1 | 0.92 | 0.89 | -0.03 | 3.26 |
2 | 1.06 | 1.02 | -0.04 | 3.77 |
3 | 0.88 | 0.84 | -0.04 | 4.55 |
4 | 0.79 | 0.78 | -0.01 | 1.27 |
5 | 0.90 | 0.92 | +0.02 | 2.22 |
6 | 0.94 | 0.91 | -0.03 | 3.19 |
7 | 0.99 | 1.00 | +0.01 | 1.01 |
8 | 1.01 | 0.93 | -0.08 | 7.92 |
9 | 0.97 | 0.91 | -0.06 | 6.19 |
10 | 0.83 | 0.82 | -0.01 | 1.20 |
表2 系统探测植株高度
Tab.2 Height analysis of plant detection
编号 NO. | 手工测量值 Manual measure ments (m) | 系统测量值 System measure ments (m) | 差值 Error value (m) | 相对误差 Fractional error (%) |
---|---|---|---|---|
1 | 0.92 | 0.89 | -0.03 | 3.26 |
2 | 1.06 | 1.02 | -0.04 | 3.77 |
3 | 0.88 | 0.84 | -0.04 | 4.55 |
4 | 0.79 | 0.78 | -0.01 | 1.27 |
5 | 0.90 | 0.92 | +0.02 | 2.22 |
6 | 0.94 | 0.91 | -0.03 | 3.19 |
7 | 0.99 | 1.00 | +0.01 | 1.01 |
8 | 1.01 | 0.93 | -0.08 | 7.92 |
9 | 0.97 | 0.91 | -0.06 | 6.19 |
10 | 0.83 | 0.82 | -0.01 | 1.20 |
参数 Parameter | 数值 Figure |
---|---|
扫描激光Scan the laser(mm) | 675 |
分辨率Resolution ratio(mm2) | 0.025 |
最大测量宽度 Maximum measurement width(mm) | 150 |
最大扫描速度Maximum scan speed(mm/s) | 127 |
精度Accuracy(%) | ±1 |
表3 CL-202植物叶面积仪参数
Tab.3 CL-202 Parameter table of plant leaf area meter
参数 Parameter | 数值 Figure |
---|---|
扫描激光Scan the laser(mm) | 675 |
分辨率Resolution ratio(mm2) | 0.025 |
最大测量宽度 Maximum measurement width(mm) | 150 |
最大扫描速度Maximum scan speed(mm/s) | 127 |
精度Accuracy(%) | ±1 |
编号 NO. | 叶面积 Leaf area (cm2) | 点云数 Point cloud number | 探测叶面积 Probe leaf area (cm2) | 相对误差 Fractional error (%) |
---|---|---|---|---|
1 | 1 504.1 | 1 491 | 1 589.0 | 5.64 |
2 | 1 617.9 | 1 566 | 1 676.6 | 3.63 |
3 | 1 466.0 | 1 401 | 1 483.8 | 1.21 |
4 | 1 506.9 | 1 421 | 1 507.2 | 0.02 |
5 | 1 583.6 | 1 464 | 1 557.4 | 1.65 |
6 | 1 586.9 | 1 472 | 1 566.8 | 1.27 |
7 | 1 398.1 | 1 296 | 1 361.1 | 2.65 |
8 | 1 620.0 | 1 498 | 1 597.2 | 1.41 |
9 | 1 624.3 | 1 494 | 1 592.5 | 1.96 |
10 | 1 481.6 | 1 381 | 1 460.4 | 1.43 |
表4 植物叶面积仪测量与系统探测
Tab.4 Analysis of measuring method and System detection method
编号 NO. | 叶面积 Leaf area (cm2) | 点云数 Point cloud number | 探测叶面积 Probe leaf area (cm2) | 相对误差 Fractional error (%) |
---|---|---|---|---|
1 | 1 504.1 | 1 491 | 1 589.0 | 5.64 |
2 | 1 617.9 | 1 566 | 1 676.6 | 3.63 |
3 | 1 466.0 | 1 401 | 1 483.8 | 1.21 |
4 | 1 506.9 | 1 421 | 1 507.2 | 0.02 |
5 | 1 583.6 | 1 464 | 1 557.4 | 1.65 |
6 | 1 586.9 | 1 472 | 1 566.8 | 1.27 |
7 | 1 398.1 | 1 296 | 1 361.1 | 2.65 |
8 | 1 620.0 | 1 498 | 1 597.2 | 1.41 |
9 | 1 624.3 | 1 494 | 1 592.5 | 1.96 |
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